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三种拱式体系的性能比较谢亚洲;肖汝诚;李扬【摘要】以3种上承式拱式体系为研究对象,按照结构体系概念,考察边界约束条件对不同拱式体系的影响.对有推力体系、部分有推力体系以及无推力体系进行了性能比较:采用解析法求出了主拱内力表达式并用有限元法验证其正确性,利用该公式分析了这3种体系主拱在恒载、温度荷载作用下的水平推力、弯矩、轴力响应及矢跨比参数分析；并采用有限元方法对比研究了3种体系的活载响应、结构刚度及静力稳定性；对这3种体系在不同地质条件下的适应性进行了分析.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2011(036)005【总页数】6页(P80-85)【关键词】拱式体系;性能;矢跨比;地质适应性【作者】谢亚洲;肖汝诚;李扬【作者单位】同济大学桥梁工程系,上海200092;同济大学桥梁工程系,上海200092;同济大学桥梁工程系,上海200092【正文语种】中文【中图分类】U448.22拱桥因其良好的体系受力特点已成为30～500 m跨径范围内颇具竞争力的桥型。
但是，由于没有充分认识拱桥体系性能，已建拱桥中往往出现体系不合理、设计参数不合适、地质条件不匹配等问题，如20世纪60年代在软土地基上建造的双曲拱桥，大多已成为危桥，需要加固或重建。
国内外专家学者针对上述问题，对拱桥体系开展了研究:李莹以昆山市玉峰大桥为工程背景，对无推力斜靠式拱桥主要设计参数进行了研究［1］;王福敏讨论了重庆朝天门长江大桥体系研究成果［2］;程斌以天津国泰桥为工程背景，探讨了大跨度中承式钢桁架拱桥在初步设计阶段进行体系优化的关键问题［3］。
为了更加系统的研究拱式体系，本文以3种上承式拱桥为研究对象，结合解析法［4］和有限元法［5，6］对其进行受力性能进行比较分析，找出设计参数对力学性能的影响，并对各体系的地质条件适应性进行研究。
1 3种拱式体系及其支承形式结构体系是结构功能、外形及其受力形态的统一［7］。
按照约束条件的不同，拱桥可以分为有推力体系、部分有推力体系和无推力体系三大类［8］，本文以上承式拱桥为例，3种体系见图1。
柔性基础下刚性桩复合地基承载力的试验研究
郭兵;肖新华
【期刊名称】《施工技术》
【年(卷),期】2008(037)009
【摘要】结合连霍高速公路某段道路扩宽工程,设计了柔性基础条件下的四桩复合地基进行现场静荷载试验.试验证明柔性基础下刚性桩复合地基的承载力低于刚性基础下复合地基且沉降变形较大,二者破坏模式完全不同.桩土应力比在加荷初期较大,柔性基础下复合地基的设计应按变形控制.
【总页数】3页(P35-37)
【作者】郭兵;肖新华
【作者单位】新乡学院,河南,新乡,453003;濮阳职业技术学院,河南,濮阳,457000【正文语种】中文
【中图分类】U213.1
【相关文献】
1.柔性基础下刚性桩复合地基沉降计算研究 [J], 高琼;赵桂娥
2.考虑桩体损伤的柔性基础下刚性桩复合地基中桩体受力及破坏特征分析 [J], 俞建霖;王传伟;谢逸敏;张甲林;龚晓南
3.柔性基础下刚性桩复合地基的力学性状研究 [J], 王跃伟;刘红岩
4.刚性桩复合地基承载力特性试验研究 [J], 曲长武; 胥新伟
5.柔性基础下刚性桩复合地基沉降分析 [J], 仇亮;朱宁
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桩土软支撑）结构非线性动力相互作用分析Abstract：Based on the pilesoil soft support model，a simplified interaction finite element analysis model of soil structure was established，and the nonlinear dynamic time history analysis was conducted for this model under different seismic excitations and different conditions of the pilesoil. The result shows that，under certain ground motion and soilfoundation conditions，the nonlinear effect of the upper structure can be greater than fixed base assumption，and pilegroupsoil soft support model also influences the weak layer position on the upper structure. The analysis results and the existing test results are in good agreement. By using structural units to solve complex computational problems in geotechnical engineering，designers can carry out dynamic time history analysis and seismic evaluation for the superstructure quickly，accurately and efficiently.Key words：pilegroupssoil soft support model；soilstructure interaction；nonlinear time history；dynamic response传统抗震设计的刚性地基假定分析不考虑桩土协同作用，但对于现在普遍采用桩基础的高层建筑，尤其在软土地基条件下，由于桩土上部结构体系的相互作用，长周期的地震动放大效应可能会对周期较长的高层建筑产生严重的影响.同时地震动作用下，桩土交界面上发生的脱开再闭合现象，如何快速而较为准确的进行桩土结构动力相互作用分析成为了当前研究的难点和热点.任重翠等采用双向线性弹簧模拟桩土相互作用，并且考虑了结构的二阶效应及材料弹塑性等因素，研究了独柱高架车站考虑桩土相互作用的抗震性能；张亚旭等利用ABAQUS建立了土桩框架结构非线性相互作用的有限元精细模型，采用接触面对法进行桩土界面的模拟，认为桩与桩周土的碰撞可能会导致桩基破坏.本文所建立的平面桩筏高层结构相互作用体系在考虑桩土桩相互作用的基础上，将桩周土分为近域和远域，在近域场提出了软支撑模型，即采用带有滑动元件的非线性弹阻单元来模拟桩土接触界面的非连续变形现象，从而反映了桩土基础的柔性参与以及桩土动力作用.1分析模型1.1整体有限元模型基于桩基结构的复杂性，尤其在涉及桩土接触非线性问题时，若按照岩土实体单元划分，即便是较简单的问题桩土结构体系相互作用的地震反应计算量也是非常大的，因此桩土结构体系模型规模和复杂程度不宜太高，故本文采用如图1所示的二维平面整体有限元模型来模拟桩土剪切型框架（实际上，上部结构可根据需要选择不同体型）的动力特性：框架为二结点梁元，其梁的刚度值远较柱刚度为大，以满足剪切型结构特点；对于桩身同样采用梁单元进行模拟，其范围内的土层采取“人工划分”.桩间土由质量弹簧单元模拟，combin40非线性单元模拟桩周近域土抗力，远域土为串联式弹阻质量单元，且由结构自振分析结果截取得到相应的参考频率阻抗作为桩间土、桩周近、远域土弹簧阻尼单元的输入特性参数.该过程利用通用有限元Ansys软件APDL过程来实现.1.2上、下部动力共同作用基本运动方程依达郎贝尔定理，根据结构以及联系结构与桩基的承台基础发生平动及摇摆反应时的瞬时平衡状态，可列出仅考虑垂直入射地震SH 波且上部结构为纯剪切形结构时上、下部相互作用平衡方程的矩阵形式：2桩土软支撑模型本文桩采用梁单元模拟，质量单元考虑土体的参振特征，引入具有桩桩、桩土、土土、筏土阻抗特性的弹阻单元来描述不同群桩的布置、土层状况因素对体系反应的参与作用，如图2所示.考虑到动力分析时桩周弱化土域的变形非线性行为、桩土界面在大位移条件下的相对滑动和相对分离等非连续现象以及其计算区域的滞回阻尼效应，本文在的基础上给出了一种具有一致质量的双质点耦联弹簧形式的近域非线性文克尔模型，即软支撑弹阻单元，由非线性弹簧、阻尼器以及滑动块组成.该单元组集刚度及质量可表示为：（a）桩土相互作用示意图（b）桩间弹簧质量阻尼单元（c）近域土的非线性弹阻单元（d）线性远域土弹阻模拟3.1时程曲线为了考查上下部动力共同作用中的刚体（运动）相互作用效应，本文通过SFD波输入来反映承台与邻近自由场运动.图3，图4分别为SFD波激励下固基假定、线性相互作用及考虑桩土接触非线性时的结构顶层（A点）、桩头与承台连接点（B点）以及桩身（C点）的位移和加速度时程曲线.从反应结果来看，线性情形下B和C两点的位移反应几乎是重合的；对于桩土间发生了非线性滑移的情形，B和C的位移和加速度峰值较线性情形高出2～3倍，刚体相互作用明显.同时可知：1）由于桩土软支撑对结构动力反应的柔性参与作用，考虑相互作用的体系顶点位移幅值大于固基假定的情形，这与相互作用理论的普遍认识一致；2）非线性与线性位移反应差异不大，说明软支撑弹阻单元非线性对体系的顶点位移反应贡献较小.3.2各层加速度及位移峰值各层的峰值位移均随楼层增大而增大呈剪切型变化（见表1）.对本模型而言，刚性假定情况下位移峰值均小于考虑相互作用分析情况，且非线性分析结果大于线性分析结果.由表1可知，刚性假定情况下各层加速度峰值总体大于考虑相互作用分析情况，但在考虑桩土接触非线性情况时，PAK波作用下出现了加速度峰值大于刚性假定的情况（工况2顶层加速度峰值增大了6.7%）；上部结构各层加速度峰值总体呈现上大下小的“剪切型”趋势，但在SFD波输入的工况1条件下出现了中部小而上部和底部大的“弯剪型”变化.原因可能是在地震作用下，桩土接触面会发生接触分开接触的过程，这影响了结构的振动特性，不同激励及不同工况下土层对地震动可能出现放大效果，但主要还是体现了软支撑的减震作用.3.3层间位移、层间剪力以考虑相互作用结构的内力和变形与固基假定情况的比值K作为分析指标，考察在不同地震作用，不同工况条件下，考虑相互作用线性分析与非线性分析中框架结构的层间位移、剪力的变化情况，结果如图5，图6所示.层间位移K值表现为SFD波作用下非线性分析对工况1影响较大，且非线性结果大于线性结果，Pak波作用下上部结构非线性分析结果略小于线性分析结果；对于工况2条件下，PAK 波作用下非线性分析影响不大，而SFD波输入下部结构非线性结果小于线性分析结果.3.4软支撑模型柔性贡献分析为了进一步反映桩土（软支撑）结构非线性SSI效应对上部结构的柔性贡献，本文还取桩土组合采用R0=0.15 m，Gs1=1 000 kPa的情形作为工况3进行了分析，模态分析得到PGSS体系前3周期与固基周期比值Ti/T （i=1～3）分别为2.564，2.096，1.705，对比上述工况1和工况2的结果可知与文献[9-11]中尚守平等进行的上部结构与地基相对刚度比对土结构体系基频影响试验结论是一致的：基频折减率和上部结构与地基相对刚度比有关，相对刚度比越大基频折减率越大.通过时程分析可知工况3情形下结构顶部在非线性分析、线性分析下最大位移分别为PAK波作用下7.06 cm，6.84 cm；SFD波作用下5.98 cm，6.13 cm.同样结构顶层加速度分别为PAK波作用下2.03 m/s2，2.46 m/s2（0.825∶1.0）；SFD波作用下 1.23 m/s2，1.51 m/s2（0.814∶1.0）.对比工况1，工况2可知下部越软，桩土（软支撑）结构非线性SSI效应对上部结构的柔性贡献越大，符合吕西林等分层土基础高层框架结构相互作用体系振动台模型试验分析结果：土体软化，非线性发展加强，土体传递振动能力减弱，上部结构加速度反应小.4结论通过对考虑桩土接触非线性的桩土（软支撑）框架结构相互作用体系的地震反应分析，得到一些结论：1）利用各种具有软支撑阻抗特征的弹阻单元作为桩桩、桩周土以及土筏基础之间的一种反馈力边界来模拟SSI体系动力反应较岩土实体划分单元计算效率成倍提高；2）考虑桩土结构体系相互作用数值分析的上部结构效应明显不同于固基假定的结果.SFD波作用激励下，非线性情形下刚体相互作用效应显著于线性情形，且在较软土及较小桩径组合工况中，考虑软支撑弹阻效应可改变上部结构的柔弱层部位，使结构各层加速度峰值变化趋势由“剪切型”转为“弯剪型”；3）地震动作用过程中桩与土界面处出现的相对滑移、脱开及闭合等非线性行为，使得藕联系统的振动特性发生了根本的变化，不同的地震波作用，不同的场地条件，结构的反应无一定的规律，系统变化后的频率若和地震波主频接近，则土层对地震动起到放大效果，反之则会起到隔震作用，需要“一对一”的工程验算分析；4）针对桩土高层框架进行的地震动作用分析结果与现有的试验成果有良好的一致性，说明土体软支撑的PGSS体系非线性动力分析方法具有相当的理论和工程实践意义.。
刚性桩、柔性桩复合地基力学性状三维有限元分析段永辉 肖昭然(河南工业大学土木建筑学院 郑州 450052)张 昭(同济大学地下建筑与工程系 上海 200092)摘 要:采用ANSYS 软件对刚、柔性桩复合地基的力学性状做了计算分析,比较了刚、柔性桩复合地基的荷载传递形式,同时与桩基的荷载传递形式做了比较,通过计算分析了桩身模量以及下卧层模量的改变对桩身荷载分布形式的影响。
分析结果表明,刚性桩复合地基与柔性桩复合地基荷载传递形式是完全不同的。
关键词:复合桩基 桩基 有限元 力学性状 分析比较RESEA RC H A ND COMPA RATION OF MEC HAN IC AL BEHA VIORS OF COMPOSITE FOUNDATIONWITH R IGID PILES A ND THE ONE W ITH FLEX IBLE PILES BY 3-D FEMDuan Yonghui Xiao Zhaoran(College of Civil Engineering,Henan University of Technology Zhengzhou 450052)Zhang Zhao(Department of Geotechnical Engineerin g ,Tongji Universi ty Shanghai 200092)Abstract :The mechanical properties of composite foundation wi th rigid piles and the one with flexible piles are analyzed using FE M software ANSYS,whose load transfer modes are also studied,which are compared to that of a pile foundation.Through calculation,it is analyzed the effect of changes in shaft modulus and modulus of underlyi ng stratum on load distribu tion of the shaft.The analytic results show that the load transfer mode of the composite foundation with rigid piles is fully different from that of the one with flexible piles.Keywords :composite pile foundation pile foundation fini te element mechanical behavior analysis and comparation第一作者:段永辉 男 1969年7月出生 硕士 讲师收稿日期:2005-08-16目前,复合地基的理论远落后于实践,文献[1]指出,要发展各种形式的复合地基承载力和沉降计算理论,需要加强对各种形式的复合地基荷载传递机理的研究,进一步了解基础刚度、桩土相对刚度、复合地基置换率、复合地基加固深度、荷载水平等对复合地基应力场和位移场的影响,以提高各类复合地基应力场和位移场的计算精度。
列车动荷载作用下桩网结构路基土拱效应分析在桩网结构路基设计中，桩、土荷载分担比直接影响路基的沉降计算结果。
在目前设计中采用的土拱理论主要是基于静力学的研究成果，主要有太沙基(Terzahgi)[1]和Low等[2]建立的平面土拱效应计算模型，Hewlett等[3]提出的半球形理论假设，Rogbeck等[4]提出的楔形土拱理论和英国、德国、北欧及日本规范[5-7]等。
这些理论在计算桩、土荷载分担比时主要考虑上部结构荷载和交通静荷载作用。
对土拱效应的数值分析也主要基于静力条件。
Jones等[8]利用二维有限元模型研究桩网结构路基中的土拱效应，结果表明路基高度和桩间距影响桩间土所承担的路基荷载;杨涛等[9]通过平面应变条件下的有限元模型研究了桩承式路基中的土拱效应；Yan等[10]利用FLAC建立了桩网结构路基的平面应变模型，分析了桩的弹性模量、桩净间距、地基土弹性模量以及加筋材料的抗拉刚度对土拱效应的影响；韩高孝等[11]采用颗粒流软件PFC 2D模拟了太沙基活动门试验，从散粒体和细观角度研究了摩擦型岩土材料中的土拱效应。
而动荷载条件下的土拱效应数值分析较少，现有研究也主要针对桩网结构路基中动应力的分布特点。
在试验方面，蔡德钩等[12]基于相似理论，开展模型试验研究了桩网结构路基中的土拱效应；费康等[13]通过三维模型试验对桩承式路堤中土拱效应发挥过程进行了研究；韩高孝等[14]通过三维模型试验研究了列车动荷载作用对土拱效应的影响。
从相关文献来看，动荷载作用下土拱效应的室内试验研究要比静力作用下土拱效应的室内试验研究少很多。
实际上，在高速铁路运营期间，桩网结构路基土拱效应可能会受到列车动荷载的影响。
本文针对此问题，通过数值分析研究列车动荷载对桩网结构路基土拱效应的影响，以期为解决同类型问题提供依据。
1 有限元分析模型1.1 计算模型及参数文献[15]曾对京沪高速铁路徐沪段一断面(如图1)路基进行过三维动力响应分析，计算结果与实测结果基本一致，故本文的计算参数参照该文献选取。
第7卷 第6期2007年12月交通运输工程学报Journal of T raffic and Transportation EngineeringVo l .7 No .6Dec .2007收稿日期:2007-05-12基金项目:中国博士后科学基金项目(20060390654)作者简介:蒋 鑫(1976-),男,湖南永州人,同济大学博士后,从事路基路面工程研究。
导师简介:凌建明(1966-),男,浙江湖州人,同济大学教授,工学博士。
文章编号:1671-1637(2007)06-0070-06软土地区桩柱式路基力学行为的数值模拟蒋 鑫,凌建明(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海 200092)摘 要:以快速拉格朗日有限差分法程序FLAC 为平台,建立软土地区桩柱式路基的数值分析模型,研究了桩柱式路基的力学行为。
分别用桩单元、绳索单元模拟桩柱、筋材,分析了路基的沉降、侧移、孔压与稳定特性,及桩柱、筋材的内力分布,比较了桩柱式路基与传统土石方路基的特点,对桩柱、筋材、路堤与地基的设计参数对路基沉降和地基侧移的影响进行敏感性分析。
分析结果表明,桩柱式路基表面的最大沉降、差异沉降仅为传统土石方路基的1.48%、1.40%,地基侧移仅为传统土石方路基的0.88%,因此,桩柱式路基力学行为优良。
关键词:路基工程;桩柱式路基;软土;力学行为中图分类号:U416.1 文献标识码:ANumerical simulation of mechanical behavior for pile -column -supported su bgrade over soft groundJiang Xin ,Ling Jian -ming(Key Labo ratory o f Road and Traffic Engineering of Ministry of Education ,Tongji U niversity ,Shanghai 200092,China )A bstract :Based o n FLAC (fast Lagrangian analysis o f co ntinua )of 2D explicit finite diffe rence method ,a numerical sim ulation model w as established to investig ate the mechanical behavior of pile -column -suppo rted subg rade (PCSS )over so ft ground .Pile ,column and reinforcem ent geog rid w ere modeled by using pile elements and cable elem ents respectively ,the surface settlement ,g ro und lateral displacem ent ,pore w ater pressure ,stability of the subgrade w ere studied ,the internal force distributions of pile ,column and reinforcem ent geog rid w ere analyzed ,the cha racteristics of PCSS and traditional subg rade w ere co mpared ,and the influences of design paramete rs fo r pile ,column ,embankment ,reinfo rcement geog rid and foundatio n on subg rade settlement and foundatio n lateral deform ation w ere studied .Analysis result show s tha t compared with traditional subg rade ,the ratios o f the m aximum surface settlement ,differential settlem ent of subg rade ,the max imum lateral defo rmatio n o f foundatio n are 1.48%,1.40%and 0.88%respectively ,so the mechanical behavio r of the subgrade is better .2tabs ,11fig s ,10refs .Key words :subg rade enginee ring ;PCSS ;soft g round ;m echanical behavio r Author resumes :Jiang Xin (1976-),m ale ,EngD ,+86-21-65981431,xjiang01@ ;Ling Jian -ming (1966-),male ,EngD ,profe sso r ,+86-21-65981431,jmling01@y ahoo .com .cn .0 引 言作为一种新型路基结构,桩柱式路基由桩柱、桩帽(或托板)、筋材及加筋垫层、路堤填土、(软土)地基等组成,其中桩柱为竖向刚性增强体,筋材为水平向柔性增强体。
平台运动对柔性立管涡激振动影响的实验研究
朱红钧;刘文丽;高岳
【期刊名称】《力学学报》
【年(卷),期】2024(56)3
【摘要】基于自循环实验水槽开展了存在平台纵荡和横荡运动时的悬链线型柔性立管涡激振动响应测试,模型立管的长径比为125,测试的平均约化速度范围为4.40~39.33.利用激光位移传感器和高速摄像机分别监测了平台运动和立管振动位移,从响应频率、振幅和振动形态等方面分析了平台运动对立管振动的影响.根据立管振动的主导频率与平台运动的主导频率是否相同,区分了强耦联和弱耦联现象,定义了强耦联的立管长度,其在立管振动的模态过渡组次相对较短.立管振动与平台运动存在两个方向均耦联、仅单一方向耦联和不耦联3种情形.其中,立管平面外振动受平台运动的影响较平面内振动小.以立管瞬时形态的波腹个数变化量化了模态竞争和平台运动对振动形态的影响.通过对比过滤平台固有频率前后的立管振幅、振形与主导频率的时空分布,用强耦合的时间权重和空间长度量化了平台对立管振动耦合的影响,发现高约化速度时,平台运动抑制了立管空间的频率竞争,也抑制了立管平面内与平面外振动的耦合响应.
【总页数】12页(P565-576)
【作者】朱红钧;刘文丽;高岳
【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O352
【相关文献】
1.均匀流下柔性立管涡激振动响应及涡激力载荷特性研究
2.基于光纤光栅传感器的细长柔性立管涡激振动响应实验
3.浮式平台横荡运动对水下柔性立管涡激振动的影响
4.质量比对柔性立管涡激振动影响实验研究
5.深水浮式平台垂荡运动与水下柔性立管涡激振动的动力耦合
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